อุทยานแห่งชาติภูหินร่องกล้า สภาพภูมิประเทศโดยทั่วไปเป็นเทือกเขาสลับซับซ้อน ประกอบด้วยยอดภูเขาที่สำคัญคือ ภูหมันขาว ภูขี้เถ้า ภูแผงม้า ภูหินร่องกล้า ภูลมโล โดยมีภูหมันขาวเป็นยอดเขาที่สูงที่สุด สูงประมาณ 1,820 เมตร จากระดับน้ำทะเล เทือกเขาเหล่านี้จะมีความสูงลดหลั่นลงไปจากด้านทิศตะวันออกไปทางทิศตะวันตก และ เป็นแหล่งกำเนิดของแม่น้ำลำธารหลายสาย เช่น ห้วยน้ำขมึน ห้วยลำน้ำไซ ห้วยออมสิงห์ ห้วยหลวงใหญ่ และ ห้วยเหมือดโดน

อุทยานแห่งชาติภูหินร่องกล้า ลักษณะภูมิอากาศ ภูหินร่องกล้ามีสภาพภูมิอากาศคล้ายภูกระดึง และ ภูหลวงเนื่องจากมีความสูงไล่เลี่ยกันอากาศจะหนาวเย็นเกือบตลอดปี โดยเฉพาะในฤดูหนาวอุณหภูมิจะต่ำมากประมาณ 0-4 องศาเซลเซียส มีหมอกคลุมทั่วบริเวณ ส่วนฤดูร้อนอากาศจะเย็นสบายฝนตกชุกในฤดูฝน อุณหภูมิเฉลี่ยทั้งปี ประมาณ 18-25 องศาเซลเซียส